理论上，电池能量密度超过汽油，充电速度超过加油，存在这种可能性吗，限制哪里呢？ 第1页

能量密度方面：汽油本身只是还原剂，氧化剂是从空气中获取的氧气，汽油机理论空燃比是14：1，即氧气与汽油的质量比是3.3：1，3倍多的氧气质量并没有算在内。

而电池则需要携带氧化剂和还原剂，同时为了电子流动不能用单质，需要使用金属的盐溶液，还需要电解液，隔膜，电极等“死重”。

充电速度：充电是个化学反应过程，充电电流越大，发热就越大，一方面又能量损失，另一方面电池也受不了；而加油只是物理变化。

第一个问题，锂电池的能量密度有可能超过汽油吗？ 不可能。

本质原因：锂电池是二次电池，放电完之后还要能充电，需要有精细的结构来维持这一属性，精细的结构也需要大量的物质来支撑；汽油是一次性能源，在内燃机里烧了就烧了，无论你充多少电或其它能源，都很难再还原出汽油来。

如果不考虑充电问题，你拿一大块锂金属搁车上放电，能量密度可以提升百倍（但还是不如汽油）。

反过来，你如果非要弄一个“可还原出汽油”的内燃机，那能量密度可能比锂电池还低。

下面，再具体回答一下，锂电池为了维持这个“精细的结构”，付出了哪些代价：

一、元素选择

所谓的储存能量、释放能量，本质上是发生了氧化还原反应。

如果你还记得初中化学，就知道氧化还原反应只与最外层电子有关系，里面的电子都是拖后腿的 —— 所以原子量越小越好。

打开元素周期表^[1]，容易找到铅(Pb)在第6排，有5层不干活的电子；镍(Ni)在第4排，有3层不干活的电子。这就从原子的角度决定了：铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池的能量密度潜力都是有限的！

而汽油呢，由C、H、O组成（纯汽油不含O，但你能加到的汽油都有一些其他物质的)！不管咋说，这三个元素都在前两排，还算不错。O算是拖后腿的，但汽油中的氧元素含量并不多，H是最优秀的元素，C也可以忍 —— 汽油作为储能物质，差不多就是天选之子了，比苦哈哈的电池好太多了！

苦哈哈的电池，想改变这一点，于是开始继续搜索：

那么就只剩下锂、铍、硼，它们的电子转移数/原子量分别为14%、22%、28%^[2]。再考虑到2个因素：

• 锂电极电势是全元素周期表最低^[3]：做成电池后电压最高；若转移同等数量电子(电流相同)，对应的功率也最高。
• 锂元素的储量比较高：如上面那张图，地壳中锂元素的丰度比铍和硼要高一个数量级。

可能还有其它因素，但我不清楚。不管怎么说，大家达成了一个共识：在造物主的这个时空次元中，能量密度最高的充电电池，大概率是基于锂元素做出来的！

锂金属与锂化合物

乍一看，锂元素还不错，就3个质子，比C还好。但是，要做成锂电池，不能让锂与空气反应 啊！所以汽油只需要带还原剂，氧化剂由空气来提供；锂电池则自备还原剂与氧化剂，这就吃了好大的亏，能量密度低了好几倍！

对了，锂电池为啥自燃后难以灭火，就与它自备氧化剂、干柴烈火同处一室有关系的。

除此之外，人们发现锂金属也不太稳定，用锂金属当负极总是会出事故，没法用 —— 这就造成了30年前的美国“宁德时代”企业的殒落。

现在负极采用石墨，正极是锂的化合物，三元锂、磷酸铁锂等，这些东西可以说是为了维持精细结构的沉重负担。

你想想啊，本来只是为了利用锂元素最外层的1个电子，结果现在给它加上锰、加上钴、加上磷、加上铁、加上镍，再加点电解液和石墨，好费劲啊！

这些所有的挺重的元素，只是为那1个电子服务的！哪像汽油那个渣男呢？ 烧完就化成一缕清烟（和污染物），逃得无影无踪了！

正所谓，多情自古伤离别！所以，多情的、不始乱终弃的锂电池，它的感情就必然比汽油那个渣男沉重啊！而且要重得很多！

再沉重，我们也应该选择锂电池，因为汽油里有生命不能承受之轻，那也就是二氧化碳。

参考

1. ^ Nitta N, Wu F, Lee J T, et al. Li-ion battery materials: present and future[J]. Materials today, 2015, 18(5): 252-264.
2. ^究竟是什么限制了电池的容量？ https://www.zhihu.com/question/23527698/answer/24852443
3. ^ https://baike.baidu.com/item/%E6%A0%87%E5%87%86%E7%94%B5%E6%9E%81%E7%94%B5%E5%8A%BF%E8%A1%A8/10733667?fr=aladdin